Практические занятие «Электрическое поле. Биопотенциалы»

Цели и задачи занятий	Научиться, используя теоретические положения, анализировать процессы ситуационных задач, составлять физико-математическую модель для их решения.
Базовые знания	Понятия электрического заряда, электрического поля, электрического и токового диполей. Законы сохранения заряда и Кулона.
Содержание занятий	Электрическое поле и его свойства. Электрический и токовый диполи и их свойства. Биопотенциалы. Задачи исследования электрических полей в организме. Поляризация веществ в электрических полях.
Литература	1. Ремизов А. Н. Медицинская и биологическая физика. – М.: Высшая школа, 1996-2002. Глава 14. 2. Ремизов А.Н., Максина А.Г. Сборник задач по медицинской и биологической физике. – М.: Дрофа, 2001-2005. Глава 4. § 4.1. 4.Губанов Н.И. Медицинская биофизика. – М.: Медицина, 1978, гл. 7; 5. Владимиров Ю.А. и др. Биофизика. - М.: Медицина, 1983, гл. 7-9.
Контрольные вопросы
Электростатическое поле и его характеристики (напряженность, потенциал). Принцип суперпозиции. Электростатический диполь. Потенциал поля диполя. Разность потенциалов поля, создаваемое диполем. Разность потенциалов, возникающих между вершинами равностороннего треугольника, если в его центре расположен диполь. Мультиполи.
Задачи. Номера задач даны по сборнику задач [2], (см. список литературы).
Задачи для решения на практическом занятии		Задачи для самостоятельного решения
Два заряда по 1 нКл и противоположных знаков расположены в двух вершинах равностороннего треугольника со стороной 10 см. Определить напряженность и потенциал поля этих зарядов в третьей вершине. Заряды находятся: а)в воздухе; б) в воде.		Два заряда по 1 нКл и противоположных знаков расположены на расстоянии 3 мм в воздухе. Определить напряженность и потенциал поля этих зарядов в точке, расположенной на расстоянии 3 см от каждого из зарядов.
(4.1) Маленький отрицательно заряженный шарик равномерно вращается вокруг неподвижного точечного положительного заряда величиной 10^-9Кл. чему равно отношение заряда вращающегося шарика к его массе, если радиус орбиты 2см, а угловая скорость 3 рад/с?		(4.2) Согласно боровской модели атома водорода, электрон движется вокруг ядра по круговой орбите радиуса 0,53·10^-10м. Чему равна напряженность электрического поля и электрический потенциал в точке нахождения электрона?
На больничном оборудовании в условиях, благоприятных для образования статического электричества, разность потенциалов редко превышает 10 -15кВ. Сможет ли произойти искровой разряд между стойкой металлической тележки и водопроводной трубой, если расстояние между ними окажется равным 0,8см? E_разр=30кВ/см.		Определить разность потенциалов между двумя точками, расположенными на расстоянии 10см в однородном электрическом поле с напряженностью 50кВ/м в случаях когда точки расположены: а) вдоль одной силовой линии, б) на разных силовых линиях.

Как показывают измерения, для большинства клеток ёмкость 1см² их мембраны равна 1 мкФ. Определить заряд 1см², обеспечивающий при такой ёмкости разность потенциалов на мембране 1мв. Сколько молей однозарядных ионов должно пройти при этом через 1см² мембраны?	(4.19) Вычислите электроемкость тела человека, считая ее равной емкости электропроводящего шара того же объема. Среднюю плотность тела принять равной 1 г/см³; масса человека m=60кг.
(4.9) Найдите потенциал поля, созданного диполем в точке A, удаленной на расстояние r = 0,5м в направлении под углом относительно электрического момента диполя. Среда-вода. Диполь образован зарядами расположенными на расстоянии	(4.10) Используя условие задачи 4.9, найдите разность потенциалов двух точек поля, созданного диполем. Точки находятся на расстоянии r = 0,5м под углами соответственного и
(4.5) Какой максимальный момент силы действует в электрическом поле с напряженностью на молекулу воды ? В чем различие действия на молекулу однородного и неоднородного полей?	(4.7) В электрическом поле точечного заряда 0,3нКл на расстоянии 1м от него находится диполь с дипольным моментом 2·10^-28(Кл·м). Найдите максимальный момент силы, действующий на диполь в вакууме.
(4.3) Найдите электрический момент системы электрон – ядро атома водорода, рассматривая эту систему как диполь. Выразите электрический момент в единицах СИ и в Дебаях. Расстояние между ядром и электроном принять равным 10^-8см.	(4.4) В результате поляризации на концах диэлектрика возникли связанные заряды с поверхностной плотностью Образец диэлектрика имеет форму цилиндра длиной и площадью поперечного сечения Считая поляризованный диэлектрик диполем, найдите его электрический момент.
(4.16) В воде 3% молекул ориентированы упорядоченно вдоль линий напряженности приложенного электрического поля, остальные молекулы ориентированы хаотически. Найдите поляризованность электрического поля диполя молекул воды	(4.17) На пластины плоского конденсатора, расстояние между которыми подано напряжение Пространство между пластинами заполнено кровью. Найдите поверхностную плотность связанных зарядов и поляризованность.
Определить потенциал покоя клетки при температуре 20° С, если отношение концентраций ионов калия в клетке и окружающей среде равно 10:1. Потенциал покоя скелетной мышцы равен 88 мВ. Определить отношение концентраций ионов калия внутри мышечного волокна и во внешней среде. Температуру тела человека считать равной 37^С.	(3.70) Среднее значение концентрации ионов К⁺, Na⁺, Cl^- в аксоплазме гигантского аксона кальмара соответственно равны 410; 49; 40 моль/м³, а в морской воде 10; 460; 540 моль/м³. Вычислить потенциал Нернста для каждого из этих ионов при температуре 27°С, указывая соответствующий знак.